大纤l是Z材料、信息、机c(din)生物、能源等学科领域的技术突破与交叉融合Q以“智能，能Q绿艜y(c)ؓ(f)特征Q具有多功能、多l构、多l分Ҏ(gu)，对众多业集v到高渗透性、颠覆性、革命性提升效果的C代纤l_(d)见《大U维产业技术发展白皮书》，2018q?月）(j)?/span>
目前Q一个以先进U维材料为基Q具备多l分、多l构和多功能特点Q能够感知、计、储能、通信、执行的新型U维家族已经开始出现ƈ走向?jng)场Q复旦、浙大、东华等高校和研I机构均有类似技术和产品研发Q甚x人已l注册公司进行小规模刉。比如，中科院苏州纳cx李清文团队正在研发基于碳U米的高性能U米U维Q致力于使用新的具备性能的纤l品U取代被日本垄断的碳U维。另外，香港理工大学陶肖明团队正开发基于纤l的可穿戴技术，致力于通过U维解决发电(sh)、传感和通信问题Q下一代可I戴讑֤在高性能l物里面集成q些功能Q从而实C外挂到内嵌再到内生的跨越?/span>
大纤l_(d)(x)
跨领域、跨学科的交叉融合特?/span>
大纤l具有与生俱来的跨领域、跨学科的交叉特性。其理论基础和技术\U也呈现百花齐放的勃勃生机。如在结构优化理论指gQ发展基于光U的多材料、多l构的多功能U维Q在U米理论指导下，发展Z纳c管、石墨烯的高功能U维Q在高分子设计理论指gQ从分子l构上开发超高性能U维Q在合成生物学理论指gQ通过转基因技术创造高性能生物U维{?/span>
跨领域、跨学科的交叉融合将诞生许多完全崭新的纤l品U，其中有相当大比例的纤l品U有着巨大的商业h(hun)|l下游许多业带来深ȝ影响Qƈ从根本上改变q些产业的生态，从而诞生一个庞大的新兴产业集群。我们把大纤l相x术、品和围绕下游丰富应用所形成的新产业集群叫作大纤l业?/span>
q年来，大纤l业发展势头初玎ͼ跨领域、跨学科的新型智能纤l家族正在不断“增员”中。MITQ美国麻省理工学院）(j)陈刚教授开发的高导热率U维颠覆?jin)传l高分子材料l热理论Q通过拉重构QɾU维中聚合物链有序排列，获得?jin)具有“理想”单晶结构和高导热率的纤l_(d)斯坦大学的教授从功能需求出发，Z物理原理研发出由纳c线甉|负极、纳c高分子U维制作的PM2.5qo(h)膜和U米多孔聚乙烯布料；长胜U织U技发展Q上P(j)有限公司釆用冯{印技术精定量以C染，颠覆?jin)几千年来大量用稀释染液的印染工艺Q实现基本无水耗、无排放印染Q而且可直接在l物上印染高_֯功能U条和图案，成ؓ(f)发展化电(sh)子织物业化的^台技术?/span>
同时Q大U维技术突破了(jin)原有技术的刉瓶颈。几十年来，蜘蛛丝用传统化学合成理论和方法一直无法制造出来。如今，应用生物合成理论Q通过蜘蛛基因调控家蚕和细菌的蛋白质分子，高性能的蜘蛛丝已经实现量。这被认为是自尼龙问世以来最重要的hl材料进步?/span>
相比钢材、塑料等传统材料Q大U维在柔韧性、轻量化、多功能、高性能、绿色化和智能化{方面有明显的差异化优势。在汽R和飞机制造等高性能钢材的传l优势应用领域，到更高的柔韧性、轻量化和高能效Q纤l复合材料所占比例已来高?018q底Q有媒体报道?jin)一个智能碳U维汽R车n的实例，既实现Rw轻量化Q又能根据风d形。碳U维车n?D技术（完全省掉?jin)裁剪、冲压、焊接等金属加工工序Q复合制成，q在l物中合了(jin)h太阳能发?sh)功能的U维Q可取代部分甉|Q多功能纤l的采用使整车性h(hun)比大大提高。这是很典型的大U维部分取代传统材料的应用案例?/span>
实际上，历次工业革命都离不开对h和h造系l关pȝ重新定义Q围l“以Zؓ(f)本”展开。众所周知Qh?0%以上的组l由U维构成。拥有生物相Ҏ(gu)的l色U维叠加?jin)智能和多功能要素之后，所形成的新一代智能可I戴pȝ或h体植入式pȝQ可以以最安全、最M、最有效的方式采集h体数据、监h体健店施加有效媄(jing)响ƈ帮助人提升健康和q动水^。基于所采集的数据Ş成的“数字h”，成Zh工智能社?x)里最重要的资产之一。只有到?jin)这个阶D，C会(x)数字化才真正实现Q而大U维成Zh体世界、实体物理世界和虚拟信息世界之间最佳的桥梁?/span>
~材刉：(x)
从原子到系l的多层ơ创新制造技?/span>
国物理学家Ҏ(gu)提出q一个著名的问题Q“假如原子能够按照我们设想的方式来排列，那么材料有怎样的性质Q”这个问题启C高分子U学家们要走Zl高分子的范_(d)可控的分子不均一性及(qing)其相关的_l构引入合成高分子，拓展合成高分子的基本l构Q实现更为精密的功能化。在国工程院程正_院士{h撰写的《巨型分子：(x)化学、物理学和生物科学的交汇》一文中提出“From structure to functionQ从l构到功能）(j)”的观点Q提C我们要从结构思考发展到关于功能性的考量。比如，U布q去只是用于包扎伤口Q但用大U维来开发的U布除了(jin)包扎伤口之外q有消炎、治疗功能，q可与远E医疗系l连接，在线监测病h情况?/span>
上述两位U学家的思想启示我们Q在物理层次上，关于大纤l的讨论l不应仅仅着gU维和织物这L(fng)中观层面Q还应该向微观进发，下探到分子和原子的基本层ơ，同时向宏观扩展，上升到器件和pȝ、甚臌pȝQ系l之pȝQ的层次。因此，大纤l的物理层次包括7层，分别是：(x)原子—分子（链）(j)—纤l—织物—器件—系l—超pȝ?/span>
q去Q我们较多从U维的结构特点和彼此之间的联l关pd发指向具体功能。现在，我们则从需求出发，定功能性，再来设计U维l构Q必要时可以多组分、多l构融合获取所需要的功能?/span>
大纤l兼h料技术革命与刉技术革命的双重意义。其充分利用现有的hl和其他先进刉技术，q不断发展出新的刉技术，在从原子到超pȝ的各个层面进行制造活动。如在原子和分子层面的基因编辑技术或生物合成技术，杂化和各c聚合物分子合成技术（U维和基质用聚合物、碳U维前体、陶L(fng)l、纤l素和生物高聚物{）(j)Q在U维和纱U层面，有湿式或q式U技术、熔融h技术、双l分U技术、非l造技术、短U维技术和_֯L(fng)技术等Q在l物和结构层面，有间隔技术、编l、编带、机l、针l、编l连接、组l工E、膜技术、编l挤拉、结构卷l技术等Q在功能化和器g层面Q有溶胶-凝胶技术、染整技术、数字印h术、纳cx术、物理和化学Ҏ(gu)、涂层、电(sh)子元仉成、传感和执行Ҏ(gu)的开发等Q在pȝ和超pȝ层面Q有建模仿真、虚拟化、自动化与机器h?D打印Q增材制造）(j)、数字化、智能化、绿色和可持l制造技术等?/span>
此外Q大U维Ҏ(gu)袭了(jin)几千q的U织?qing)其刉工艺具有颠覆性意义，如多材料U维可用U纱手段刉，多功能织物可用织造和印刷手段刉，高性能l物可以用复合和混合手段刉?/span>
大纤l所对应的制造工艺技术体p，容纳?jin)hl工E常见的{材刉方法、常规材料加工所用的减材刉方法、以3D打印和机器hZ表的增材刉或数字建造方法。另外，q有许多非常规的创新的制造工艺和Ҏ(gu)有待我们q一步研I和开发?/span>
可以_(d)Z大纤l的从原子到系l的新制造技术体pL大地丰富?jin)制造手D，有望成ؓ(f)l以机床Z表的减材刉和?D打印Z表的增材刉之后的Q又一cL着重要意义和极高h(hun)值的刉模式。大U维产业工作l的专家们首ơ创新地UC为“编材制造”?q个“编”字Q既反映?jin)传l意义上的纤l和Uq层面上的U制和编l，又反映了(jin)在分子甚臛_子层面的~辑和剪裁；既反映了(jin)在织物和器g层面上的集成和结构化Q又反映?jin)在pȝ和超pȝ层面上的多维数字化编E，赋予对象自动化和化的属性?/span>
与大U维相关的以~材刉命名的新制造技术体p，不仅늛?jin)常规的{材刉、减材制造和新兴的数字化增材刉技术，而且包含?jin)大量创新的端的制造工艺和技术。所谓“一代材料、一代工艺、一代装备”，对编材制造工艺技术的研究和掌握，以及(qing)相应研发、制造、测试和验证装备的开发，是大U维最l走向业应用的必由之\Q同时也是一片新的制造业“蓝”?/span>
